LPS331AP, nuovo minuscolo sensore digitale di pressione da ST

STMicroelectronics ha presentato un nuovo sensore di pressione che permette ai telefoni cellulari e ad altri dispositivi portatili di calcolare la propria elevazione verticale rispetto al livello del mare con grande accuratezza. Il sistema portatile non potrà solo identificare il piano, all’interno dell’edificio, ma addirittura arrivare quasi a riconoscere il gradino della scala su cui si trova.

Identificare in modo preciso la posizione di un dispositivo portatile sarà un elemento fondamentale per molti dei nuovi servizi emergenti cosiddetti LBS (Location-Based Services), che forniscono informazioni specifiche in base alla posizione dell’utente e che rappresenteranno la prossima ondata di “killer application” nel mondo dei sistemi portatili. La sfida da affrontare è la necessità di identificare la posizione del dispositivo mobile nello spazio tridimensionale rispettando diversi vincoli in conflitto tra loro: risoluzione spaziale, affidabilità, dimensioni fisiche, robustezza e costo.

La soluzione universalmente adottata per identificare la posizione nello spazio orizzontale (latitudine e longitudine) è il sistema GNSS (Global Navigation Satellite System, sistema globale di navigazione satellitare) che permette di calcolare la posizione del dispositivo nello spazio orizzontale con una precisione anche di un metro in condizioni ottimali, cioè quando il dispositivo riceve segnali da quattro o più satelliti.  STMicroelectronics ha già dimostrato una soluzione per la navigazione indoor (all’interno di luoghi chiusi) sviluppata assieme a CSR e capace di identificare la posizione orizzontale e verticale anche in assenza del segnale satellitare.

Per la terza dimensione (elevazione verticale), la pressione atmosferica offre una risoluzione migliore rispetto al sistema GNSS – soprattutto quando sono visibili meno di quattro segnali satellitari – poiché diminuisce in modo costante con l’aumentare dell’altitudine. Il nuovo sensore della ST può misurare con grande precisione la pressione dell’aria da 260 millibar, valore tipico della pressione atmosferica a un’altezza di quasi 10 km (quindi circa 1.500 metri oltre la cima del monte Everest) fino a 1.260 millibar, valore tipico a 1.800 metri sotto il livello del mare, circa la metà della profondità della miniera più profonda mai scavata. In un piccolo package di 3×3 mm, alimentato a bassa tensione e con un consumo di potenza ultra-ridotto, il nuovo dispositivo è ideale per smart phone, orologi sportivi e altre applicazioni portatili, oppure per stazioni meteorologiche e applicazioni industriali o nel settore dell’automobile.
Il dispositivo LPS331AP è stato già adottato da Samsung nei modelli più recenti e avanzati di smartphone.

“Da quando abbiamo dato il via alla grande ondata di dispositivi MEMS destinati alle applicazioni di elettronica di consumo, abbiamo sviluppato e reso disponibili dispositivi per misurare gravità, accelerazione, velocità angolare e campo magnetico della terra,” ha detto Benedetto Vigna, Executive Vice President, Gruppo Analogici, MEMS & Sensori della STMicroelectronics. “Tutti questi sensori fanno in modo che gli smart gadget siano capaci di rilevare e reagire al movimento. Oggi stiamo presentando un dispositivo che misura il peso dell’atmosfera e permetterà a prodotti di elettronica di consumo di capire se una persona o un oggetto si sta muovendo verso l’alto o verso il basso.”

Il dispositivo LPS331AP della ST per la misura della pressione è fabbricato utilizzando una tecnologia MEMS proprietaria, “VENSENS”, che permette di “costruire” i sensori di pressione su un chip di silicio monolitico. Questa modalità di produzione elimina così le connessioni tra due differenti wafer di silicio rendendo al massimo l’affidabilità. L’elemento utilizzato dall’LPS331AP per rilevare la pressione è basato su una membrana flessibile di silicio formata al di sopra di una cavità d’aria con un interstizio controllato e una pressione interna ben definita. La membrana è molto piccola rispetto alle tradizionali membrane di silicio ottenute tramite lavorazione micro-meccanica ed è protetta da eventuali rotture usando distanziatori meccanici integrati. Nella membrana è incorporato un piezoresistore, una minuscola struttura la cui resistenza elettrica varia quando la membrana si flette in seguito ai cambiamenti della pressione esterna. La conseguente variazione di resistenza viene monitorata, compensata termicamente e convertita in un valore digitale che può essere letto dal processore di controllo del sistema, utilizzando le interfacce standard industriali I²C o SPI.

Principali caratteristiche tecniche de sensore LPS331AP:

• Sensore ad alta risoluzione e basso rumore per rilevare variazioni di altitudine anche di pochi centimetri;
• La tecnologia VENSENS di proprietà della ST, garantisce un’ elevata resistenza burst, fino a 20 volte il massimo valore normale;
• ODR selezionabile da 1 Hz a 25 Hz;
• Basso consumo di energia: 5,5 µA a bassa risoluzione,: 30 µA ad alta risoluzione;
• Tensione di alimentazione: da 1,71 a 3,6 V;
• Temperatura di funzionamento compresa tra -40 °C e +85 °C;
• Sensore integrato di temperatura per compensare la variazione di temperatura;
• Calibrazione in stabilimento delle pressioni e temperature, per eliminare la necessità della calibrazione successiva dei dispositivi acquistati;
• Package plastico land-grid-array (HCLGA-16L) da 3x3x1 mm. Il package è forato per permettere alla pressione esterna di raggiungere il sensore.

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